CN104571940A - 储存装置及其相关系统 - Google Patents

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Abstract

一种储存装置，利用一总线连接至一主机，该储存装置包括：一储存媒体；以及一控制单元，连接至该主机与该储存媒体，其中该控制单元接收一分析数据或者该控制单元根据该主机的指令将一写入数据储存于该储存媒体或者由该储存媒体中将一读取数据输出至该主机；其中，该控制单元包括一算术逻辑单元，用以根据内建的一运算法则进行该分析数据、该写入数据或者该读取数据的分析与处理并产生一分析结果。再者，主机还可以更新或者扩充该运算法则。

Description

储存装置及其相关系统
技术领域
本发明是有关于一种储存装置与相关的数据处理系统，且特别是有关于一种储存装置以及将储存装置运用于巨量数据分析(big data analysis)的计算机系统。
背景技术
众所周知，巨量数据(big data)是指数据量的规模巨大，无法利用单一电脑在合理的时间之内完成分析与处理。而利用分布式运算(distributedcomputing)的概念是电脑科学中用来实现巨量数据分析与处理非常重要的方式。
一般来说，所谓分布式运算的概念就是利用大量电脑的运算资源来处理巨量数据。在实际的运用上，利用连接于网络上的多个服务器来进行分配数据的存取以及运算，而个别服务器计算完成的结果再通过网络传回数据中心的电脑。因此，数据中心的电脑可以分析所有服务器回传的结果，并完成巨量数据的分析与处理。
很明显地，要达成巨量数据的分析与处理需要先由财力雄厚的大型网络公司采购数以万计的服务器以组成一个庞大的运算资源，如此才可以让使用者通过网络来进行巨量数据的分析与处理。
因此，如何利用单一电脑搭配周边装置在本地(local)完成巨量数据的分析与处理，即为本发明所欲达成的目的。
发明内容
本发明为一种储存装置，利用一总线连接至一主机，该储存装置包括：一储存媒体；以及一控制单元，连接至该主机与该储存媒体，其中该控制单元接收一分析数据或者该控制单元根据该主机的指令将一写入数据储存于该储存媒体或者由该储存媒体中将一读取数据输出至该主机；其中，该控制单元包括一算术逻辑单元，用以根据内建的一运算法则进行该分析数据、该写入数据或者该读取数据的分析与处理并产生一分析结果至该主机或将此结果存于该储存媒体。再者，主机还可以更新或者扩充该运算法则，当此一内建的运算法则不存在或不适用时，主机必须更新此运算法则。
本发明系为一种具备储存装置的计算机系统，包括：多个储存装置，其中每一该储存装置中包括一算术逻辑单元；与一主机，利用多条总线对应连接至该些储存装置，其中该主机系将一巨量数据分成多个子数据分别写入于每一该储存装置，并且每一该储存装置中的该算术逻辑单元根据内建的一运算法则分析主机输入的该些子数据其中之一，并产生一分析结果至该主机，使得该主机根据该些储存装置输出的多个分析结果产生一最终分析结果。
为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下：
附图说明
图1A所绘示为计算机系统中主机与固态硬盘之间的连接示意图。
图1B所绘示为固态硬盘中控制单元内部示意图。
图2所绘示为本发明固态硬盘以及控制单元内部示意图。
图3所绘示为本发明结合多个固态硬盘的计算机系统。
其中，附图标记说明如下：
100、200：计算机系统
105、255：闪存
110、210、250：固态硬盘
112：主机
120：外部总线
122：内部总线
130、230、260：控制单元
131、231：指令分析单元
133、233：错误校正码解编器
135、235：逻辑至物理地址转换单元
137、237：高速缓存
239：算术逻辑单元
具体实施方式
请参照图1A，其所绘示为计算机系统中主机与固态硬盘之间的连接示意图。在计算机系统100中，主机112利用一外部总线120连接至固态硬盘110。其中，主机112至少包括中央处理器与芯片集(chipset)，且外部总线120可为SATA总线、USB总线、PCI-e总线等等。
再者，固态硬盘110中的控制单元130连接于外部总线120，并利用一内部总线122连接至一闪存105。另外，控制单元130中更包括一高速缓存138。基本上，高速缓存138用以暂时储存主机120输入的写入数据、或者暂时储存主机120要求的读取数据。且高速缓存138由动态或静态随机存取存储器所组成。
再者，虽然图1A将高速缓存138包含于控制单元130中，但是高速缓存138与控制单元130也可以是二个分开的硬件电路。
请参照图1B，其所绘示为固态硬盘中控制单元内部示意图。控制单元130包括一指令分析单元131、错误校正码解编器(ECC codec)133、逻辑至物理地址转换单元135、高速缓存137。基本上，在计算机系统100中主机112可以对固态硬盘110进行数据存取。
当主机112欲将写入数据写入特定逻辑区块地址(logical blockaddress，简称LBA)时，主机112会发出写入指令(write command)、特定逻辑区块地址、以及写入数据至固态硬盘110。此时，控制单元130中的指令分析单元131确定主机120发出写入指令，而写入数据会被暂存于高速缓存137。接着，逻辑至物理地址转换单元135会将特定逻辑区块地址转换为特定物理区块地址(physical block address，简称PBA)；而错误校正码解编器133会针对写入数据进行错误校正编码。最后，被编码的写入数据会被写入闪存105的特定物理地址中。
当主机112欲读取固态硬盘110中的数据时，主机112会发出读取指令(read command)与特定逻辑区块地址。此时，控制单元130中的指令分析单元131确定主机112发出读取指令，而逻辑至物理地址转换单元135会将特定逻辑区块地址转换为特定物理区块地址。接着，根据特定物理区块地址，由闪存105中取出被编码的读取数据。接着，被编码的读取数据经由错误校正码解编器133的解码之后，产生读取数据暂存于高速缓存137。最后，读取数据即被输出至主机112。
由以上的说明可知，现今计算机系统100中固态硬盘100仅能根据主机112写入命令或者读取命令来将写入数据储存于闪存105或者输出读取数据至主机112。而控制单元130本身仅能对于数据进行错误校正码的编码或者解码而已。很明显地，现今计算机系统100中的固态硬盘110并不具备任何数据分析与处理的能力。
为了让本发明的计算机系统有足够的能力自行进行巨量数据的分析与处理，本发明于固态硬盘中增加一算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit，简称ALU)，使得固态硬盘中具备数据的计算与分析能力。
请参照图2，其所绘示为本发明固态硬盘以及控制单元内部示意图。固态硬盘210中，控制单元230利用外部总线120连接至主机112，并且利用内部总线122连接至闪存105。
再者，本发明的控制单元230包括一指令分析单元231、错误校正码解编器233、逻辑至物理地址转换单元235、高速缓存237、与算术逻辑单元239。
其中，当计算机系统中主机112对固态硬盘110进行数据存取时，指令分析单元231、错误校正码解编器233、逻辑至物理地址转换单元235、与高速缓存237的动作相同于图1B，此处不再赘述。
根据本发明的实施例，算术逻辑单元239中内建有一运算法则(algorithm)，可针对闪存105中的数据进行运算与分析。当然，使用者也可以根据需求，经由主机112将更新的运算法则载入算术逻辑单元239中，使得算术逻辑单元239根据更新的运算法则来分析或者运算闪存105中的数据。当然，主机112也可以根据实际需求来进一步扩充算术逻辑单元239中的运算法则。
根据本发明的实施例，当主机112传送写入数据至固态硬盘210且写入数据储存至闪存105之前，算术逻辑单元239可以根据内建的运算法则对写入数据进行分析与处理，并且产生一分析结果，并在适当的时机将分析结果传送回主机112，或者算术逻辑单元239也可将此分析结果储存于闪存105。
或者，当固态硬盘210传送读取数据至主机112之前，算术逻辑单元239可以根据内建的运算法则对读取数据进行分析与处理，并且产生分析结果，并在适当的时机将分析结果传送回主机112，或者算术逻辑单元239也可将此分析结果储存于闪存105。再者，当读取数据是被压缩过的数据，则此算术逻辑单元239，先对数据解压缩后，再进行分析与处理。举例来说，假设读取数据是经H.264压缩后的影音文件，则此算术逻辑单元239，先做H.264解压缩后，再进行数据分析与处理。
或者，主机112也可以先将所有的写入数据直接储存于固态硬盘210。之后，于主机112未对固态硬盘210进行数据存取时，算术逻辑单元239根据内建的运算法则对储存于闪存105中的写入数据进行分析与处理，并且产生一分析结果，并在适当的时机将分析结果传送回主机112，或者算术逻辑单元239也可将此分析结果储存于闪存105。
或者，如果主机112仅需要分析结果而不需要写入数据时。主机112可将分析数据传递至固态硬盘210，于算术逻辑单元239产生分析结果之后，控制单元320可直接舍弃分析数据，不再进一步处理分析数据。亦即，控制单元230不再将分析数据存入闪存105。换句话说，控制单元203仅将分析结果储存于闪存105或者传送回主机112。
相较于储存于闪存105中的数据，算术逻辑单元239所产生分析结果的数据量远小于闪存105中写入数据的数据量。
请参照图3，其所绘示为本发明结合多个固态硬盘的计算机系统。计算机系统200中，包括一主机112以及多个固态硬盘210、250。每个固态硬盘210、250的结构相同于图2，每个固态硬盘210、250中皆有控制单元230、260与闪存105、255。
当计算机系统200的主机112欲进行巨量数据分析时，可将所有的数据区分为多个子数据并且将所有子数据分别传递至固态硬盘210、250中。以图3计算机系统为例，假设有二台固态硬盘210、250连接至主机112且主机112欲进行巨量数据分析前，主机112会先将数据区分为二个部分，第一部分的子数据传递至第一固态硬盘210，第二部分的子数据传递至另一固态硬盘250。
因此，每一个固态硬盘210、250中的控制单元230、260可以根据运算法则分析与处理自身的子数据，并分别产生第一分析结果与第二分析结果。因此，主机112即可读取固态硬盘210、250中的第一分析结果与第二分析结果，完成巨量数据分析的最终分析结果。
由上述的说明可知，本发明的计算机系统200中，利用连接于主机112的多个固态硬盘210、250来针对各个子数据进行分析与处理。在多个固态硬盘210、250同时并行处理其本身的数据，并且彼此之间不需要交换数据的情况之下即可完成自身的分析结果。因此，主机112仅需要总结所有固态硬盘210、250后所输出的分析结果，即可完成巨量数据分析的最终分析结果。当然，于固态硬盘210、250的运算过程中，如果有需要也可以经由主机112来交换固态硬盘210、250中的分析结果。
根据本发明的实施例，当巨量数据变大时，可以在计算机系统200中连接更多本发明的固态硬盘即可。因此，利用本发明的计算机系统，不需要利用网络连接至远端的服务器，即可以快速地完成巨量数据分析。
再者，本发明的计算机系统系以固态硬盘连接至主机为例来进行说明，但是并不限应于此。在此领域的技术人员可以利用其他具备相同功能的储存装置来取代固态硬盘。例如，光碟储存装置(optical disc drive)、硬盘磁碟机(hard disc drive)、只读存储器(ROM)、电阻式非易失性存储(RRAM)装置、磁性非易失性存储(MRAM)装置等等。
举例来说，光碟储存装置中也包括控制单元与储存媒体，其储存媒体即为光碟片。当控制单元中增加一算术逻辑单元时，算术逻辑单元即可根据内建的运算法则来对光碟片的数据进行分析与处理并产生分析结果。当然，光碟片(储存媒体)中的数据可以由主机传递至光碟储存装置并写入光碟片，或者在其他的电脑系统中先行将分析数据写入光碟片，再将光碟片载入本发明的光碟储存装置用以根据运算法则来处理此分析数据。
或者，硬式磁碟机中也包括控制单元与储存媒体，其储存媒体即为磁碟片。当控制单元中增加一算术逻辑单元时，算术逻辑单元即可根据内建的运算法则来对磁碟片的数据进行分析与处理并产生分析结果。磁碟机内的数据亦可利用别的计算机系统上的主机做子数据传递工作后，再连接于本发明的计算机系统上的主机112，后再做数据进行分析与处理并产生分析结果。
再者，本发明储存装置中控制单元中内建的运算法则可以被主机更新或者扩充。换句话说，当主机欲进行其他巨量数据分析时，将其运算法则也可以分解成子运算法则后，仅需要将此子运算法则取代内建的运算法则，之后计算机系统即可以利用相同的硬件架构来进行另一巨量数据的分析。
再者，控制单元中的算术逻辑单元可以用软件或固件程序来实现，或者利用硬件架构来实现。例如可编程逻辑阵列(programmable logical array，简称PLA)，或者现场可编程门阵列(field-programmable gate array，简称FPGA)。当然，算术逻辑单元也可以利用硬件架构搭配软件或固件架构的方式来实现，本发明架构中的算术逻辑单元建构在固态硬盘内，非常接近闪存105，如此在大量的数据运算中是最有效率的设计。
综上所述，本发明的优点在于提出一种计算机系统。在不需要利用远端服务器的情况下，于计算机系统中连接储存装置，即可以达成巨量数据分析。
亦即，在每个储存装置的控制单元中，增加算术逻辑单元。算术逻辑单元可对储存装置中的数据进行分析与处理并产生分析结果，并提供至主机，此分析结果的数据量远小于存于该储存装置中写入数据的数据量，如此即可以大幅降低主机的数据处理负担。再者，藉由增加储存装置的数量来达成各种巨量数据分析的目的。再者，由于各个在储存装置中的算术逻辑单元在运算时并不用彼此间交换数据或信息，故在增加储存装置的数量后，处理的时间并非呈指数型增加。
综上所述，虽然本发明已以较佳实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。

Claims (16)

1.一种储存装置，利用一总线连接至一主机，该储存装置包括：
一储存媒体；以及
一控制单元，连接至该主机与该储存媒体，其中该控制单元接收一分析数据或者该控制单元根据该主机的指令将一写入数据储存于该储存媒体或者由该储存媒体中将一读取数据输出至该主机；
其中，该控制单元包括一算术逻辑单元，用以根据内建的一运算法则进行该分析数据、该写入数据或者该读取数据的分析与处理并产生一分析结果。
2.根据权利要求1的储存装置，其中，该分析数据预先储存于该储存媒体，并于该储存媒体载入该储存装置后，该控制单元根据内建的该运算法则进行该分析数据的分析与处理。
3.根据权利要求1的储存装置，其中，该分析数据由该主机传递至该控制单元。
4.根据权利要求1的储存装置，其中，该分析结果被传递至该主机或者写入该储存媒体。
5.根据权利要求1的储存装置，其中，该储存媒体为一闪存、一电阻式非易失性存储器、一磁性非易失性存储器、一光碟片、或者一磁碟片。
6.根据权利要求1的储存装置，其中，该主机可提供一更新的运算法则用以更新该内建的运算法则。
7.根据权利要求1的储存装置，其中，该算术逻辑单元以一固件程序来实现、一软件程序来实现、或者利用一硬件架构来实现，或者该硬件架构搭配固件程序或软件程序来实现，且该硬件架构为一可编程逻辑阵列，或者一现场可编程门阵列。
8.根据权利要求1的储存装置，其中，该算术逻辑单元于接收该写入数据时，进行该写入数据的分析与处理，或者该算术逻辑单元于输出该读取数据时，进行该读取数据的分析与处理。
9.根据权利要求8的储存装置，其中，该读取数据为压缩的数据时，先将该读取数据进行解压缩，之后再进行解压缩数据的分析与处理。
10.根据权利要求1的储存装置，其中，该主机根据该分析结果产生一最终分析结果。
11.一种具备储存装置的计算机系统，包括：
多个储存装置，其中每一该储存装置中包括一算术逻辑单元；以及
一主机，利用多条总线对应连接至该些储存装置，其中该主机将一巨量数据分成多个子数据分别写入于每一该储存装置，并且每一该储存装置中的该算术逻辑单元根据内建的一运算法则分析主机输入的该些子数据其中之一，并产生一分析结果至该主机，使得该主机根据该些储存装置输出的多个分析结果产生一最终分析结果。
12.根据权利要求11的计算机系统，其中，该储存装置为一固态硬盘、一电阻式非易失性存储装置、一磁性非易失性存储装置、一光碟储存装置、一硬盘磁碟机、或者一只读存储器。
13.根据权利要求11的计算机系统，其中，该主机可提供一更新的运算法则用以更新内建的该运算法则。
14.根据权利要求11的计算机系统，其中，该算术逻辑单元以一固件程序来实现、一软件程序来实现、或者利用一硬件架构来实现，或者该硬件架构搭配固件程序或者软件程序来实现，且该硬件架构为一可编程逻辑阵列，或者一现场可编程门阵列。
15.根据权利要求11的计算机系统，其多个储存装置内的算术逻辑单元，在运算中彼此并不互相交换数据。
16.根据权利要求11的计算机系统，其中该些储存装置可经由该主机来交换该些分析结果。
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